王永斌

（山西陽(yáng)光發(fā)電有限責(zé)任公司， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

目前我國(guó)發(fā)電廠仍然以燃煤火力發(fā)電為主，燃煤費(fèi)用約占發(fā)電成本的75%以上[1-2]，煤質(zhì)的好壞直接影響火力發(fā)電機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。煤質(zhì)主要依賴于煤的采制化結(jié)果，有關(guān)數(shù)據(jù)表明，在整個(gè)采制化過程中，煤質(zhì)誤差約有80%來(lái)自采樣過程，約有16%來(lái)自制樣過程，其余均為化驗(yàn)過程[3]。而現(xiàn)在許多電廠仍然采用人工或半自動(dòng)化的采制化方式，需要投入大量人員去操作，數(shù)據(jù)滯后，入爐煤數(shù)據(jù)誤差大，無(wú)法反映真實(shí)的煤質(zhì)參數(shù)。由此可見，燃煤的采制化過程是控制發(fā)電成本和反映真實(shí)煤耗的重要一環(huán)，而煤的采制化系統(tǒng)智能化建設(shè)是火電企業(yè)提高管理水平、降本增效的有效途徑[4]。

本次以山西某4×300 MW燃煤電廠為例，深入分析該廠現(xiàn)有入爐煤采制化過程現(xiàn)狀，提出一套入爐煤智能采制方案，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)改造實(shí)施。

1 現(xiàn)狀分析

目前，該公司入爐煤采樣采用皮帶中部刮板機(jī)械化采樣系統(tǒng)，往往一次采樣僅1～2 kg樣品，在皮帶低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，常常出現(xiàn)煤層太薄導(dǎo)致不能采集到樣品的情況，采樣系統(tǒng)投運(yùn)率低。制樣過程主要由人工手動(dòng)完成，樣品由人員送至化驗(yàn)室，煤樣化驗(yàn)數(shù)據(jù)由人工手動(dòng)填寫，送樣過程無(wú)有效監(jiān)控措施，制樣、化驗(yàn)環(huán)節(jié)存在不可避免的人為因素。煤的采制化各個(gè)環(huán)節(jié)較為分散，沒有一個(gè)有效的集中管控模式，相互之間協(xié)調(diào)統(tǒng)一性差。

此外，人工制樣環(huán)境惡劣，設(shè)施簡(jiǎn)陋；化驗(yàn)室設(shè)施陳舊，布局雜亂，存樣管理不嚴(yán)謹(jǐn)，不符合標(biāo)準(zhǔn)化管理要求；設(shè)備用電負(fù)荷分配不合理，存在安全隱患，高溫區(qū)與精密測(cè)量室設(shè)計(jì)不合理，存在交叉干擾因素。

因此，隨著發(fā)電企業(yè)現(xiàn)代化、數(shù)字化進(jìn)程的加快，切實(shí)為燃煤結(jié)算、煤耗分析提供公平公正、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，避免人為因素影響，將采制化設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)集成，改造為智能一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采制化過程智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、無(wú)人化的目標(biāo)，為公司精細(xì)化管理，成本管控工作打好扎實(shí)的基礎(chǔ)。

2 入爐煤智能采制化方案

火電廠入爐煤智能采制化系統(tǒng)方案主要由現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、智能設(shè)備、信息管理平臺(tái)三個(gè)層次構(gòu)成。從煤樣的采樣、制樣、化驗(yàn)及存查樣實(shí)現(xiàn)全過程數(shù)字化集中管理，盡可能降低人為因素對(duì)煤質(zhì)數(shù)據(jù)的影響，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新。功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能采制化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

采樣管理：通過全自動(dòng)采樣機(jī)對(duì)輸煤皮帶來(lái)煤進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)采樣，并通過集樣器對(duì)樣品進(jìn)行分裝編碼，確保取樣具有代表性。

制樣管理：通過智能制樣系統(tǒng)對(duì)采集樣品進(jìn)行制樣，包括縮分、破碎、干燥、包裝及編碼等過程。

存查樣管理：存查樣管理主要是對(duì)過往煤樣的存、取、銷毀進(jìn)行管理，通過信息化技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)樣品一樣一柜，存取全程可追溯，保證存查樣的安全。

化驗(yàn)管理：實(shí)現(xiàn)化驗(yàn)室各個(gè)功能區(qū)設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)在線采集、分析及自動(dòng)上傳。

門禁及視頻管理：用于實(shí)現(xiàn)對(duì)不同權(quán)限人員進(jìn)出工作區(qū)域的監(jiān)控管理，同時(shí)用于煤質(zhì)采制化的全過程監(jiān)控。

3 改造實(shí)施方案

根據(jù)該公司實(shí)際情況，智能采制化系統(tǒng)采用立體化分層布置方式，如圖2所示。

以汽機(jī)房固端樓梯間為中心，上下三層布置，上層采樣器位于10號(hào)皮帶尾部，中層制樣裝置位于機(jī)房固定端22 m樓梯間，下層化驗(yàn)室位于機(jī)房固定端6.3 m，所有設(shè)備的監(jiān)控通過網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體改造方案如下：

圖2 智能采制化系統(tǒng)改造方案

3.1 采樣系統(tǒng)

3.1.1 采樣機(jī)程序改造

通過對(duì)下位機(jī)程序的升級(jí)，使得采樣機(jī)的工作能夠與制樣設(shè)備進(jìn)行對(duì)接。優(yōu)化采樣機(jī)的采樣頻率、縮分比例等參數(shù)，使得采樣和制樣能夠協(xié)調(diào)工作。

3.1.2 采樣機(jī)設(shè)備改造

1）將原有皮帶中部刮板取裝置換為皮帶端部取樣裝置，此裝置具有以下特點(diǎn)：采樣頭動(dòng)作間隔時(shí)間短，自然采樣精密度高，采集的子樣能夠覆蓋皮帶全斷面及煤層厚度，系統(tǒng)誤差極小，所采樣品具有很好的代表性。

2）對(duì)原自動(dòng)采樣機(jī)的集樣器進(jìn)行重新改造，增加電動(dòng)下閘門，通過不銹鋼落料管直接到達(dá)制樣系統(tǒng)進(jìn)料口。預(yù)留旁路系統(tǒng)，方便系統(tǒng)故障時(shí)人工制樣，原人工制樣設(shè)備位置保持不變。

3）在制樣的余料返回中，加裝余料斗提裝置。通過斗提裝置，把制樣過程的余樣全部返回到皮帶，減少勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度（采樣機(jī)設(shè)備改造如圖3所示）。

3.2 制樣部分

本次制樣部分采用機(jī)器人智能制樣系統(tǒng)，以機(jī)器人操作手臂為中心，由混勻模塊、縮分模塊、破碎模塊、二分模塊、烘干模塊、制粉模塊、稱重模塊、封裝模塊、機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)、棄料模塊和環(huán)保除塵系統(tǒng)等構(gòu)成，各模塊之間的物料傳輸通過機(jī)械手完成。各模塊采用密封柜體結(jié)構(gòu)，機(jī)體頂部設(shè)計(jì)有接料倉(cāng)，機(jī)體底部設(shè)計(jì)有出料口。

圖3 采樣系統(tǒng)改造

在輸煤系統(tǒng)#10皮帶尾部的下一層空間，即機(jī)房固定端22 m樓梯間位置放置一套智能制樣系統(tǒng)。該樓層面積約為99 m2，呈“L”型布置。智能制樣間功能劃分圖如圖4所示。

圖4 智能化制樣間功能劃分

各區(qū)域功能說(shuō)明如下：

1）標(biāo)號(hào)1區(qū)域?yàn)槎诽崽嵘b置位置。所有余料都通過皮帶傳輸?shù)皆撐恢?，進(jìn)入斗提機(jī)，提升至輸煤#10皮帶；

2）標(biāo)號(hào)2區(qū)域?yàn)橹悄苤茦酉到y(tǒng)的除塵設(shè)備，保證現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保潔凈；

3）標(biāo)號(hào)3區(qū)域?yàn)槿詣?dòng)制樣設(shè)備擺放區(qū)域。制樣設(shè)備以機(jī)械手為中心依次擺放；

4）標(biāo)號(hào)4為全自動(dòng)制樣機(jī)進(jìn)料區(qū)域。全自動(dòng)制樣機(jī)樣品收集口直接連接采樣機(jī)溜料管，采樣機(jī)所采集的樣品通過溜管進(jìn)入全自動(dòng)制樣機(jī)進(jìn)行制樣，制樣機(jī)制樣完成后，封裝標(biāo)識(shí)好的樣品瓶通過管道傳輸至化驗(yàn)室收樣間。

5）標(biāo)號(hào)5為控制系統(tǒng)和人員辦公區(qū)域。

智能化制樣系統(tǒng)工作流程如圖5。

圖5 智能化制樣系統(tǒng)流程圖

具體各制樣流程如下：

1）獲取煤樣信息。制樣系統(tǒng)通過智能管控系統(tǒng)發(fā)送來(lái)的煤樣粒度信息、批次煤樣信息，判斷煤樣是否需要預(yù)先進(jìn)行6 mm破碎處理、計(jì)算確定并調(diào)節(jié)縮分單元的縮分比。

2）制備6 mm共用樣。當(dāng)來(lái)煤粒度＞6 mm時(shí)，機(jī)器人先將煤樣倒入6 mm破碎機(jī)破碎至6 mm，然后倒進(jìn)縮分單元進(jìn)行縮分制取5.5 kg共用樣（當(dāng)來(lái)煤粒度≤6 mm時(shí)，煤樣直接進(jìn)縮分單元）?？s分單元的縮分比在縮分工作進(jìn)行前根據(jù)該批次煤樣信息確定并調(diào)整好，以滿足制備出5.5 kg（如需要2份水分樣則增加到6.75 kg）恒定重量的6 mm共用樣。棄料暫時(shí)留存等判斷該批次制得的樣品合符預(yù)定要求后再行丟棄。

3）制取水分樣。將上面制得的5.5 kg共用樣取出再次倒入縮分單元，制備1.25 kg水分樣及4.25 kg共用樣。將合格的水分樣送達(dá)樣品封裝及發(fā)送模塊進(jìn)行封裝、寫碼后送出。共用樣供后續(xù)使用。

4）制備3 mm共用樣。將上步中制得的4.25 kg共用樣再次投到3 mm破碎單元，制得4.25 kg粒度3 mm共用樣。

5）制取存查樣、3 mm分析樣。將上步中制得的4.25 kg粒度3 mm共用樣再次投到縮分單元，縮分出700 g存查樣及400 g分析樣，其余丟棄。

6）3 mm分析樣烘干。將上步中制得的400 g粒度3 mm分析樣倒入干燥箱的淺盤中，攤平后烘干。

7）分析樣制取。將經(jīng)干燥處理的400 g粒度3 mm的分析樣倒入縮分研磨單元，該單元首先通過二分器分得2份各200 g樣品，然后一份進(jìn)入研磨機(jī)進(jìn)行研磨清洗，清洗完后將清洗樣丟棄；另一份200 g粒度3 mm樣品再次倒入二分器分得2份各100 g，依次分別投放到研磨機(jī)中研磨制得2份各100 g粒度為0.2 mm的分析樣。將合格的0.2 mm分析樣送達(dá)樣品封裝及發(fā)送模塊進(jìn)行封裝、寫碼后送出。

樣品封裝采用旋蓋式，系統(tǒng)將制樣系統(tǒng)制得的煤樣瓶（含6 mm全水分樣、3 mm存查樣、0.2 mm分析樣）進(jìn)行加蓋封裝，煤樣信息寫入，然后傳送到輸送系統(tǒng)的發(fā)送站，輸?shù)交?yàn)室。

4.3 化驗(yàn)部分

在機(jī)房固定端6.3 m樓梯間旁新建標(biāo)準(zhǔn)煤質(zhì)化驗(yàn)室（化驗(yàn)室功能區(qū)域劃分見圖6），化驗(yàn)室的環(huán)境達(dá)標(biāo)，具有防火、防噪、防腐、防潮、防塵、防有害氣體侵入的功能，室溫盡可能保持恒定。選用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的化驗(yàn)設(shè)備，化驗(yàn)設(shè)備擺放整齊規(guī)范，功能區(qū)域劃分明確。具有信息數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳和打印功能，無(wú)需人工填寫化驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖6 新建化驗(yàn)室功能區(qū)劃分

標(biāo)準(zhǔn)化化驗(yàn)室設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

所有化驗(yàn)設(shè)備選型應(yīng)符合煤化驗(yàn)各國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，滿足公司煤質(zhì)化驗(yàn)實(shí)際需求。

化驗(yàn)室共分為工業(yè)水分析室、高溫室、樣品收集室、天平室、量熱儀室和辦公區(qū)等，各房間之間采用鋁結(jié)構(gòu)加玻璃隔斷墻進(jìn)行隔斷。隔斷墻材料選用高強(qiáng)度斷橋鋁及中空玻璃建設(shè)，確保采光、隔熱效果良好。

1）化驗(yàn)室吊頂采用鋁扣板集成吊頂，燈光及排氣設(shè)計(jì)根據(jù)各功能區(qū)的要求設(shè)計(jì)安裝。

2）化驗(yàn)室儀器工作臺(tái)應(yīng)選用承重能力較強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且具備防火、防水、耐腐蝕等功能。

3）工業(yè)水分析室配備生水、除鹽水上水及下水管路，管路布置合理美觀，且考慮防凍處理。

4）天平室、量熱儀室安裝冷暖空調(diào)，并設(shè)計(jì)通風(fēng)裝置及遮陽(yáng)簾，確保室內(nèi)溫、濕度恒定。

5）高溫室布置應(yīng)考慮房間隔熱功能（隔斷墻、玻璃選型加厚），并設(shè)計(jì)有強(qiáng)制通風(fēng)及排煙、氣裝置。

6）所有化驗(yàn)室均安裝統(tǒng)一軌道式插座（安裝高度在工作臺(tái)上方600～800 mm處），每臺(tái)設(shè)備使用單獨(dú)對(duì)應(yīng)插座并設(shè)計(jì)單獨(dú)漏電保護(hù)開關(guān)，插座額定負(fù)荷符合設(shè)備用電要求。

7）所有化驗(yàn)室外墻窗戶均更換為密封、隔熱較好的窗戶（斷橋鋁門窗）。

8）化驗(yàn)室用瓶裝氧集中安放，加裝匯流排及恒壓調(diào)節(jié)裝置，預(yù)留2個(gè)以上氧彈充氧接口。

9）化驗(yàn)室所有自動(dòng)測(cè)量設(shè)備均具備聯(lián)網(wǎng)功能，能生成數(shù)據(jù)報(bào)表（與公司信息管理系統(tǒng)兼容），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息化管理，并能夠與化驗(yàn)室辦公電腦實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)。

3.4 存查樣管理

在化驗(yàn)室配備存查樣柜，采用一樣一柜的方式進(jìn)行樣品存放。對(duì)6 mm全水分煤樣及3 mm備查煤樣、0.2 mm煤樣的管理。系統(tǒng)定制表格通過值班員定期輸入，記錄各類煤樣的交接、存樣、銷毀等情況，形成規(guī)范性記錄表格。

1）6 mm全水分煤樣保管七天。3 mm存查樣保管三個(gè)月。0.2 mm存查樣保管三個(gè)月。達(dá)到保存期限但尚未結(jié)帳的延長(zhǎng)保存時(shí)間，直至結(jié)帳為止。

2）提取任何粒度的煤樣都必須經(jīng)主管領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)后，經(jīng)門禁系統(tǒng)確認(rèn)方能提取煤樣。

3）存查樣柜包含80個(gè)倉(cāng)位，滿足標(biāo)準(zhǔn)的存樣要求。

3.5 監(jiān)控系統(tǒng)及門禁

1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)：在全自動(dòng)制樣區(qū)域、化驗(yàn)室分別加裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)。所有視頻信號(hào)全部接入視頻服務(wù)器中。視頻存儲(chǔ)時(shí)間為三個(gè)月。能將視頻接入廠內(nèi)系統(tǒng)，通過系統(tǒng)，各有權(quán)限領(lǐng)導(dǎo)可以在辦公桌面實(shí)時(shí)調(diào)取、錄像各點(diǎn)位的視頻。

2）門禁控制系統(tǒng)：在制樣和化驗(yàn)的各個(gè)進(jìn)門處設(shè)有門禁管理系統(tǒng)，員工出入各個(gè)辦公點(diǎn)，都需要進(jìn)行指紋驗(yàn)證或者刷卡驗(yàn)證。沒有權(quán)限的人員無(wú)法進(jìn)入作業(yè)范圍。

3）各個(gè)區(qū)域設(shè)計(jì)兩道門，其中一套設(shè)立門禁系統(tǒng)，門禁鎖選用指紋、密碼、磁卡、鑰匙4合一鎖，并安裝門鈴呼叫裝置。

4 結(jié)語(yǔ)

通過此次對(duì)某電廠入爐煤采制化系統(tǒng)的優(yōu)化改造，采用上下立體式分層布置形式，通過同統(tǒng)一的調(diào)度指揮，確保功能設(shè)備的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)公司入爐煤智能化的采制化要求，減輕了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了入爐煤質(zhì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，降低了人為因素對(duì)采制化過程的影響，為公司運(yùn)行成本的精細(xì)核算提供了扎實(shí)有效的數(shù)據(jù)支撐。本公司的改造方案可為同類型機(jī)組入爐煤采制化設(shè)計(jì)提供借鑒。

[1]張開峰，李躍，杜志剛.坑口型資源綜合利用電廠個(gè)性燃料采制化體系建設(shè)的創(chuàng)新與實(shí)施[C]//2017中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集，2017.

[2]張小霓，謝星.入爐煤機(jī)械采制樣裝置性能檢驗(yàn)[J].熱力發(fā)電，2010，39（1）：42-45.

[3]王彩霞.淺談燃料采制化對(duì)電廠熱值差的影響[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014（22）：68-69.

[4]周寧.國(guó)華電力入廠煤“采制化”管理[J].煤質(zhì)技術(shù)，2007（1）：13-15.